(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型を上下方向に振動させる鋼の連続鋳造鋳型の振動方法において、次式で定義される鋳型上昇時間率τが０．３４以上０．５未満であることを特徴とする鋼の連続鋳造鋳型の振動方法。
τ＝（振動１周期における鋳型上昇時間）／（振動１周期）
【請求項２】
鋳型振動のストロークが３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造鋳型の振動方法。
【請求項３】
鋳型下降速度が鋳造速度を上回る時間が、振動１周期内で０．１秒以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼の連続鋳造鋳型の振動方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の鋼の連続鋳造鋳型の振動方法を用いた鋼の連続鋳造方法であって、１３００℃における粘性が８ｐｏｉｓｅ以上の連続鋳造パウダーを用いて鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の鋼の連続鋳造鋳型の振動方法を用いた鋼の連続鋳造方法であって、鋳造速度２．０ｍ／ｍｉｎ以上で鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼の連続鋳造鋳型の振動方法及び鋼の連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造では、鋳型と鋳片間の潤滑が不十分となると凝固シェルが鋳型に焼き付き、凝固シェルが破断を繰り返し、拘束性ブレークアウトが発生する。これを防止するため、鋳型は上下方向に振動（オシレーション）する機構を持っている。加えて、鋳型内には連続鋳造用パウダーが添加される。連続鋳造用パウダーはＣａＯ、ＳｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、Ｆを主成分とする合成スラグであり、鋳型内の溶鋼表面で溶融し、鋳型壁と凝固シェルの間に流入し、鋳型と鋳片間の潤滑剤として働く。このように、鋼の連続鋳造においては、鋳型振動の付与と連続鋳造用パウダーの添加により、鋳型と鋳片間の潤滑が確保されている。
【０００３】
このうち鋳型振動法では、通常は正弦波の振動が与えられる。また鋳型振動の１周期において、鋳型の下降速度が鋳造速度を上回る時間すなわちネガティブストリップタイムの確保が必要である。このネガティブストリップタイムには、凝固シェルに鋳造方向の圧縮力が加わるために、それ以外の時期（これをポジティブストリップタイムと呼ぶ）に加わった引張力を緩和する作用がある。特許文献１にはネガティブストリップタイムを０．１−０．２秒の範囲に制御することを特徴とする鋳造方法について記述されている。
【０００４】
また連続鋳造パウダーによる鋳型内潤滑の指標としてパウダーの消費量が用いられている。パウダー消費量が少なくパウダーの流入が不十分となると、ブレークアウトが発生しやすい。パウダー消費量は、パウダーの粘度、凝固温度の低減により増加するため、このような物性のパウダーではブレークアウトは生じにくい。しかし、パウダー粘度が低いとパウダーが溶鋼中に巻き込まれて鋳片の欠陥となる。また凝固温度が低いパウダーを用いると、鋳型・鋳片間におけるパウダーの固着層の形成が不十分となり、鋳型内抜熱量が増加するので、鋳片表面の縦割れが生じやすい。
【０００５】
またパウダー消費量は、鋳型振動の振動数の低減により、増加することが知られている。ただし、振動数を下げると鋳型下降速度が小さくなるため、ネガティブストリップタイムの確保が困難になり、必ずしも鋳型内潤滑の改善にはつながらない。
【０００６】
加えて正弦波以外の振動波形についての提案も見られる。特許文献２では、鋳型が上昇する時間を下降する時間より長くすることを特徴とする鋳型の振動方法が提案されている。非特許文献１には、この技術によりオシレーションマークが浅くなることが報告されている。またパウダー消費量も若干増加することが報告されている。しかしオシレーションマークが浅く不安定に形成されることは、パウダー流入も不安定にすると思われ、パウダー消費量を増加できても鋳型内潤滑の抜本的な改善には結びつかないと考えられる。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２５７６９５号公報
【特許文献２】特開昭６０−６２４８号公報
【非特許文献１】ＩＳＩＪ  International, 31 (1991), 3, pp254-261
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、鋼の連続鋳造では鋳型振動と連続鋳造用パウダーにより、鋳型と鋳片間の潤滑がなされる。しかしながら、さらなる高速鋳造のために潤滑を向上させたり、パウダーの巻き込みを防止するために粘度の高いパウダーを使用したりするためには、さらなるパウダー流入の安定化が必要であり、これが本発明における課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鋳型振動によるパウダーの流入メカニズムに関して詳細な解析を行い、以下の点を明らかにした。
【００１０】
鋳型と鋳片間のパウダー流入は、おもに鋳型振動と鋳片の引き抜きによるパウダーの引きずりによって流入する。この際に下方にどれだけのパウダーが流入するかは、パウダーの流路の厚みに大きく依存する。この流路の厚みは、パウダー流路内の圧力と凝固シェルに働く溶鋼静圧のバランスによって決定される。このうちパウダー流路内の圧力は、鋳型振動に伴う動圧の変化によって変化する。そのためオシレーションによって流路の厚みが変化を繰り返すことになる。すなわち、鋳型上昇期には流路内の圧力が上昇し流路が拡大し、鋳型下降時には流路内の圧力が低下し流路が縮小する。ただし鋳型上昇時には鋳型の上昇に引きずられてパウダーは上方に逆流し、鋳型下降時には下向きに流入する。以上を総括すると、鋳型上昇によって拡大されたパウダーの流路に、鋳型下降時にパウダーが引きずり込まれ、パウダーが流入する。
【００１１】
また鋳型オシレーションにより鋳片の表面にはオシレーションマーク、すなわち周期的な凹凸が形成される。オシレーションマークは鋳型湯面での曲率をもったメニスカス部で凝固シェルが形成されるために生じるが、メニスカス部での凝固シェルはパウダーを引きずり込む作用を持つことがわかった。したがって、オシレーションマークが安定的に形成されると、パウダーの流入は増加する。
【００１２】
このような知見を踏まえ本発明者らは、さらに効果的にパウダーを流入させる鋳型振動波形の検討を行った。その結果、通常の正弦波の振動と異なり、鋳型上昇時間が鋳型下降時間に比べて短い振動波形の方が、流路の拡大している時間が長く、パウダーの流入が促進されることがわかった。この効果は、凝固シェルに働く慣性力の作用により、鋳型下降時にも流路が開いた状態が長く継続されるためである。またこのような波形を用いると、鋳片表面のオシレーションマークがより周期的かつ安定的に形成されることが分かった。このことも、パウダー流入の安定化に寄与する。
【００１３】
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下のとおりである。
（１）鋳型を上下方向に振動させる鋼の連続鋳造鋳型の振動方法において、次式で定義される鋳型上昇時間率τが０．３４以上０．５未満であることを特徴とする鋼の連続鋳造鋳型の振動方法。
τ＝（振動１周期における鋳型上昇時間）／（振動１周期）
（２）鋳型振動のストロークが３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする上記（１）に記載の鋼の連続鋳造鋳型の振動方法。
（３）鋳型降下速度が鋳造速度を上回る時間が、振動１周期内で０．１秒以上であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の鋼の連続鋳造鋳型の振動方法。
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の鋼の連続鋳造鋳型の振動方法を用いた鋼の連続鋳造方法であって、１３００℃における粘性が８ｐｏｉｓｅ以上の連続鋳造パウダーを用いて鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
（５）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の鋼の連続鋳造鋳型の振動方法を用いた鋼の連続鋳造方法であって、鋳造速度２．０ｍ／ｍｉｎ以上で鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、鋳型・凝固シェル間への連続鋳造用パウダーの流入を促進し、鋳型内の潤滑を安定化することができる。その結果として、従来にない高速鋳造の実現や高粘性パウダーを用いた操業が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明で用いる鋳型の振動波形は、通常、油圧シリンダー方式の鋳型振動装置によって得られる。油圧ステッピングシリンダー、電気油圧式アクチュエータなどを用いることができる。
【００１６】
本発明では、図４に示すように、［振動１周期における鋳型上昇時間］Ｂと［振動１周期］Ａに基づき、鋳型上昇時間率τを次式によって定義する。
τ＝Ｂ／Ａ＝（振動１周期における鋳型上昇時間）／（振動１周期）
【００１７】
本発明において、鋳型上昇時間率τは０．３４以上０．５未満とする。０．４７以下であると好ましい。前述のように、鋳型上昇時間が鋳型下降時間に比べて短い振動波形の方が、すなわち鋳型上昇時間率τが低いほどパウダー消費量が増加する。したがって、パウダー消費量の確保という点では鋳型上昇時間率τは低いほどよい。ただし、鋳型上昇時間率τが著しく低いと、鋳型上昇時の上昇速度と鋳片下降速度（すなわち鋳造速度）との相対速度が著しく大きくなり、凝固シェルの破断をもたらす場合がある。したがって、鋳型上昇時間率τは０．３４以上が好ましく、さらに好ましくは０．３８以上である。これに対して、鋳型上昇時間率τが０．５に近づくと、すなわち鋳造の正弦波の振動に近づくと、パウダー消費量は低下する。すなわち本発明の効果は得られにくくなる。またオシレーションマークの形成も浅く、不安定になりやすい。したがって、鋳型上昇時間率τは０．５未満、好ましくは０．４７以下、さらに好ましくは０．４５以下である。鋳型上昇時間率τが０．５以上である従来の連続鋳造においては、パウダーの粘度が高いほど、パウダー消費量が少なくなる傾向が顕著となっていた。それに対し本発明においては、鋳型上昇時間率τを０．５未満とすることにより、パウダー消費量が増加するとともにパウダー粘度によるパウダー消費量の変化が少なくなるという効果を得ることができる。そのため、１３００℃における粘性が８ｐｏｉｓｅ以上の連続鋳造パウダーを用いてもパウダー消費量を確保することが可能となる。
【００１８】
次に、鋳型振動のストロークすなわち鋳型の最大の変位量は３ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、さらに好ましくは５ｍｍ以上８ｍｍ以下である。鋳型振動ストロークが３ｍｍに満たないとオシレーションマークの形成が非常に小さく、パウダーの流入量が低下する。またストロークが１０ｍｍを超えると、鋳片表面にオシレーションマークが深く形成されるが、特に大きな鋳型振動によって溶鋼湯面の攪乱が起こるため、乱れたオシレーションマークが形成される。すなわち、オシレーションマークのピッチが非周期的となり、部分的に深いオシレーションマークが形成される。その結果、オシレーションマークの凹みに割れが生じたり、オシレーションマークの爪状の組織に気泡や介在物が捕捉されたりするため、鋳片品質が悪化する。
【００１９】
最後に鋳型振動の振動数は、ネガティブストリップが確保できるように設定すると好ましい。このためには、鋳造速度が速いほど、またストロークが小さいほど、大きな振動数を設定することが好ましい。また０．１秒以上のネガティブストリップタイムを設けることが望ましい。本発明においては、鋳型上昇時間率τを０．３４以上０．５未満とすることによりパウダー消費量の増加を実現するとともに、ネガティブストリップタイムを０．１秒以上とすることによって、ブレークアウト発生の原因となるブリード発生率を低減することができる。
【００２０】
上記本発明の振動方法を用いた鋼の連続鋳造においては、パウダー消費量が増加し、特に粘度が高いパウダーにおいてパウダー消費量の増加が顕著である。従来、１３００℃における粘性が８ｐｏｉｓｅ以上の連続鋳造パウダーを用いるとパウダー消費量が不足して安定した鋳造が困難であった。それに対し、上記本発明の鋼の連続鋳造鋳型の振動方法を用いた鋼の連続鋳造方法においては、１３００℃における粘性が８ｐｏｉｓｅ以上の連続鋳造パウダーを用いて安定した連続鋳造が可能となった。これにより、鋳型内の凝固シェルへのパウダー巻き込みを低減して良好な品質の鋳片を安定して鋳造することが可能となる。
【００２１】
従来、鋳造速度を２．０ｍ／ｍｉｎ以上の高速鋳造を行おうとすると、パウダー消費量が減少して安定した鋳造が困難であった。それに対し、本発明の鋼の連続鋳造鋳型の振動方法を用いた鋼の連続鋳造方法においては、鋳造速度２．０ｍ／ｍｉｎ以上で安定した鋳造することが可能となった。これにより、高い生産性を確保しつつ安定して鋳造することが可能となる。
【実施例】
【００２２】
次に本発明の実施例について述べる。
【００２３】
低炭素アルミキルド鋼を転炉、二次精錬設備にて溶製し、垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機で鋳造した。鋳片の断面サイズは２５０ｍｍ厚×２１００ｍｍ幅であった。鋳型に添加したパウダーの質量から鋳造中のパウダー消費量を算出した。また鋳型に埋設した熱電対により、拘束性ブレークアウトの検知を行い、検知率を評価した。
【００２４】
（実施例１）
連続鋳造において鋳型上昇時間率τを変化させ、パウダー消費量、オシレーションマーク深さ、ブレークアウト検知率に及ぼす影響を評価した。鋳型振動の鋳型振動数を１５５ｃｐｍ、振動ストロークを６．８ｍｍとし、図４に示すにように、鋳型上昇時と下降時にそれぞれ異なった周期の正弦波形とすることにより、鋳型上昇時間率τを調整した。連続鋳造用パウダーとして、１３００℃の粘度が１ｐｏｉｓｅ、４ｐｏｉｓｅ、８ｐｏｉｓｅの３種類の粘度のパウダーを用いた。鋳造速度を１．４ｍ／ｍｉｎとした。
【００２５】
図１に、鋳型上昇時間率τとパウダーの消費量の関係を示す。鋳型上昇時間率τが減少するにつれて、パウダー消費量は増加している。これはすでに述べたように、鋳型・鋳片間のパウダー流路が拡大している時間が長くなるためであると考えられる。さらに図２に鋳型上昇時間率τとオシレーションマーク深さの関係を示す。図２において、「●」が平均値、「−」が平均値から標準偏差だけ離れた位置を示している。図２から明らかなように、鋳型上昇時間率τの減少とともに、オシレーションマークが均一にすなわち安定的に生成している。このこともパウダー消費量の増加に寄与していると考えられる。
【００２６】
鋳型上昇時間率τが０．５以上では図２に示すようにオシレーションマークの形成が浅く不安定となり、図１に示すようにパウダー消費量が低下する。これに対して本発明のように、鋳型上昇時間率τが０．５よりも低くなると、図２のようにオシレーションマークが安定的に形成され、図１のようにパウダー消費量も増加する。さらに、鋳型上昇時間率τが０．４７以下であればパウダー消費量は十分に高位であり（図１）、図３に示すようにブレークアウトの検知率を低くできる。加えて鋳型上昇時間率τが０．３４以上であれば、鋳型上昇時における鋳片と鋳型との相対速度が大きすぎないため、鋳片に働く引張応力が小さい。そのため、図３に示すようにブレークアウトの検知率が低い。
【００２７】
このように鋳造速度、鋳型振幅、振動数、モールドパウダーの粘性が同じ場合において、鋳型上昇時間率τが本発明範囲に入る場合には、鋳型上昇時間率τが本発明範囲から外れる場合に比べてパウダー消費量が増加している。そのためブレークアウト検知率が低位である。
【００２８】
図１において、連続鋳造用パウダーの１３００℃の粘度が１ｐｏｉｓｅ、４ｐｏｉｓｅ、８ｐｏｉｓｅの３種類の粘度のパウダーを用いた。図１から明らかなように、鋳型上昇時間率τが０．５以上の従来の領域においては、パウダーの粘度が高くなるほどパウダー消費量が低下していることがわかる。それに対し、鋳型上昇時間率τが０．５未満の本発明範囲では、パウダーの粘度が高くなってもパウダー消費量がさほど低下しないことが明らかである。鋳型上昇時間率が低くなるほどこの傾向は顕著である。すなわち、本発明では、特にパウダーの粘度が高い場合でも図１に示すようにパウダー消費量は大きく低下しない。よってパウダー消費量の粘度依存性が小さいため、粘度の高いパウダーを使用することが可能である。
【００２９】
（実施例２）
連続鋳造において、鋳型上昇時間率τ、鋳型振動の振動数、振動ストローク、鋳造速度を変化させ、また使用する連続鋳造用パウダーの粘度を変化させ、ネガティブストリップタイムＴN、パウダー消費量の評価を行った。図４に示すにように、鋳型上昇時と下降時にそれぞれ異なった周期の正弦波形とすることにより、鋳型上昇時間率τを調整した。結果を表１に示す。実施例１〜８８が本発明例、比較例１〜２７が比較例である。
【００３０】
表１の実施例１〜４を対比すると、本発明範囲内で鋳型上昇時間率τを低くするほど、パウダー消費量が増加することがわかる。これに対し比較例１〜３は鋳型上昇時間率τが本発明範囲外であり、パウダー消費量が少ない。
【００３１】
表１の実施例１、５、９、比較例１、４、８を対比すると、本発明範囲内で鋳型上昇時間率τが低くなると、パウダーの粘度が高くなってもパウダー消費量の低下が小さいことがわかる。それに対し鋳型上昇時間率τが本発明範囲外となる比較例では、パウダーの粘度が高くなるとパウダー消費量が減少している。
【００３２】
表１の実施例３７〜６０、比較例１５〜２０を対比すると、鋳造速度が２．５ｍ／ｍｉｎという高速鋳造においても、鋳型上昇時間率τが本発明範囲内であればパウダー消費量が十分に確保できることがわかる。高速鋳造下でもブレークアウトなく安定鋳造が可能である。それに対し鋳型上昇時間率τが本発明範囲外となる比較例では、高速鋳造において十分なパウダー消費量を確保することができない。なお、実施例３７〜４０において、ネガティブストリップタイムＴNが０．１秒以上のものは、０．１秒未満に比較してブレークアウト検知率がより一層低減している。
【００３３】
高速鋳造において、ネガティブストリップタイムＴNを０．１秒以上とするためには、鋳造速度に応じて、鋳型振動のストローク、振動数、鋳型上昇時間率τを調整することによって可能である。表１の実施例２６〜２８は鋳造速度２．０ｍ／ｍｉｎにおいて、実施例５１、５２などは鋳造速度２．５ｍ／ｎｉｎにおいて、ネガティブストリップタイムＴNが０．１秒以上となっている。
【００３４】
鋳型オシレーションのストロークが３ｍｍ以上の場合には、３ｍｍよりも小さい場合に比べて、パウダー消費量も大きくブリード検知率も少ない。表１の実施例８１〜８４（振動ストロークが２．８ｍｍ）とそれ以外の実施例を対比すると、振動ストロークが３ｍｍ以上である方がパウダー消費量がより一層増加していることがわかる。振動ストロークが１０ｍｍ以下である場合には、オシレーションマークの深さが適度であり、良好な表面状態の鋳片を得ることができる。一方、実施例７３〜７６は振動ストロークが１０．４ｍｍと大きく、鋳造した鋳片のオシレーションマークが深くなる傾向が見られた。鋳片品質の点では、振動ストロークを１０ｍｍ以下としてオシレーションマークを浅く保つことにより良好な品質を得ることができるので好ましい。
【００３５】
【表１−１】
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【表１−２】
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【表１−３】
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【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】鋳型上昇時間率τとパウダー消費量の関係を示す図である。
【図２】鋳型上昇時間率τとオシレーションマーク深さとの関係を示す図である。
【図３】鋳型上昇時間率τとブレークアウト検知率との関係を示すである。
【図４】鋳型変位の時間変化と鋳型上昇時間率τの定義の模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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